Zum Thema:
Höchsteffiziente elektrische Maschinen, wie Energiesparmaschinen und höchstdynamische Antriebe, nach dem Luftspulenprinzip

(aus der Internetseite: http://www.sternen-motoren.de)



Zehntes Herstellungsverfahren für Wicklungen nach dem Luftspulenprinzip

(Auszug aus der 8. Deutschen Patentanmeldung DE 10 2004 034 611)

Inhaltsverzeichnis:

1. Beschreibung des Herstellungsverfahrens
2. Figuren
3.Teilenummern (Extra Fenster)

1. Beschreibung des Herstellungsverfahrens

Eine zehnte Lösung der Aufgabe erfolgt durch ein Herstellungsverfahren mit den Merkmalen des Patentanspruches 52 und ist in Fig. 103b-1,105,106,107,110 gezeigt.
Hierbei handelt es sich darum, dass der mittlere magnetische Körper während der Wicklung axial geteilt ist und um die doppelte mechanische Luftspaltlänge axial auseinandergeschoben wird und im Umfangsbereich ein hohlzylindrischer Körper den mittleren magnetischen Körper mindestens im Umfang umgibt, wobei der hohlzylindrische Körper die Höhe des mittleren magnetischen Körpers plus doppelter mechanischer Luftspaltlänge hat und entweder durch Einfügen von Abstandhaltern die Position des Hohlzylinders zu den beiden Scheibenteilen des inneren magnetischen Körpers fixiert wird und vorzugsweise auch der Abstand der beiden Scheibenteile zueinander durch diese Abstandhalter fixiert wird oder der Hohlzylinder oder der mittlere magnetische Körper selbst oder Teile von ihnen als Abstandhalter fungieren.
Der Vorteil der zehnten Lösung der Aufgabe ist der, dass alle drei Probleme der Aufgabenstellung damit gelöst sind und darüber hinaus eine Lösung für die Herstellung von Wicklungen gefunden wurde, die während der Wicklung den mittleren magnetischen Körper einschließen, und die auf einfache Weise zu realisieren ist und im radial verlaufenden Luftspalt kein Rahmen für die Wicklung benötigt und somit die Luftspaltlänge der Luftspaltabschnitte 36',36'' kurz ist.

Zu dem Hauptanspruch und in den Nebenansprüchen erfundenen Herstellungsverfahren sind die wichtigsten Weiterbildungen in den Unteransprüchen beschrieben, so wie hier in ausführlicher Weise.

Eine Weiterbildung der zehnten Lösung der Aufgabe ist in Patentanspruch 53 angegeben und ist in Fig.103b-1,105,106,107,110 gezeigt. Hierbei sind die Abstandhalter entweder Stifte oder Schieber (Fig.105a,106a,107a) oder kammförmige Mittel (Fig.106c), die in radialer Richtung im Umfangsbereich mindestens an drei Stellen aufgesteckt werden und die nach Fertigstellen der Wicklung wieder entnommen werden, wobei die Wicklung vorzugsweise mit dem Hohlzylinder verklebt wird, oder der Hohlzylinder im Querschnitt T-förmig ist (Fig.111) und durch erwärmen, eine chemische Reaktion oder Ähnliches, zu verflüchtigen ist oder nach der Wicklung durch zentrifugieren im wesentlichen aus der Wicklung entfernt wird.
Der Vorteil von radial eingesetzten Abstandhaltern, wie Schiebern oder kammförmigen Mitteln, ist, dass diese nacheinander gewickelte Windungen auf Abstand halten, so dass die Lagenzahl im Umfangsbereich der Scheiben und damit die Luftspaltlänge gering gehalten werden kann und die Abstandhalter dienen als Wicklungsführung, die vorteilhafter Weise nach der Wicklung entnommen werden kann und damit die Masse der Wicklung im Umfangsbereich gering ist. Die dann frei gewordenen Plätze können anschließend bewickelt werden. Der kammförmige Schieber hat zusätzlich den Vorteil einer Arretierung der Scheiben in axialer Richtung.
Die seitlich in Achsnähe axial eingeschobenen und durch Verdrehung arretierten Abstandsmittel (Fig.110b) haben den Vorteil, dass mindestens zum Teil abstanderzeugende Mittel im Umfangsbereich entfallen, was von Vorteil ist, wenn der Bereich lückenlos bewickelt werden soll. Dies ist in Verbindung mit dem zu verflüchtigenden Hohlzylinder mit T-Profil der Fall.
Auch radial eingeschobene Stifte können in einer Weiterbildung als Abstandhalter im Umfangsbereich eingesetzt werden (Fig.110) wenn eine zusätzliche Fixierung der Scheiben in Achsnähe durch z.B. einen kammförmigen Abstandhalter in Schlüsselform geschieht.

Eine andere Weiterbildung der zehnten Lösung der Aufgabe ist in Patentanspruch 54 angegeben und zeigt die Fig.106,107. Sie erfolgt, in dem die Wicklung oder das Zusammensetzen dieser aus Spulen über einen Hohlzylinder erfolgt, der im Schnitt längs der Wickelachse ein Brückenprofil mit äußeren Auflagestützen, die zur Achse gerichtet sind, zeigt und der mittlere magnetische Körper axial in zwei Scheiben unterteilt ist auf dessen Umfangsbereich die Auflagenstützen des Hohlzylinders aufliegen, wenn der geteilte innere magnetische Körper während der Wicklung auseinander geschoben ist. Hierbei ist es besonders wichtig eine axiale Fixierung zu haben, damit das Brückenprofil bei der Bewicklung und deren axialen Zugkräfte nicht von den Scheiben rutscht.
Dies hat den Vorteil, dass zusätzliche Abstandhalter, die diese Aufgabe übernehmen weder zugefügt noch nach der Wicklung entnommen werden müssen. So kann auch eine lückenlose Bewicklung des Umfangsbereichs erfolgen, was insbesondere bei der Nutzung des zylindrischen Leiterbereiches von Nutzen ist.

Bei einer anderen Weiterbildung der siebten bis zehnten Lösung der Aufgabe, die in Anspruch 50 angegeben ist, wird die Wicklung über einen Rahmen gewickelt oder die Spulen der Wicklung über ihm zusammengesetzt der glockenförmig im Umfangsbereich und in einem sich der Achse annähernden Bereich verläuft, was Fig.108 zeigt. Dabei wird der mittlere magnetische Körper axial um eine Luftspaltbreite verschoben und bildet, in dieser Position während der Fertigstellung der Wicklung fixiert, auf diese Weise, in dem den Rahmen gegenüberliegenden Bereich, die Grenze für die Wicklung. Dies hat den Vorteil, dass man einen scheibenförmigen Rahmen spart und der Luftspalt dort kürzer wird. Nach Fertigstellung der Wicklung wird die Fixierung des mittleren magnetischen Körpers entnommen und er wird wieder in die mittlere Position zwischen den Spulenschenkeln gebracht (Fig.109), die er auch nach der Fertigstellung der Maschine inne hat.

Bei einer anderen Weiterbildung der siebten bis zehnten Lösung der Aufgabe, die in Patentanspruch 45,46 angegeben ist, werden die Spulen allgemein V-förmig um den Rahmen und mittleren magnetischen Körper gewickelt Fig.93 und werden vom Umfangsbereich kommend Richtung Achse verlaufend gewickelt und im achsnahen Bereich im Knie des V's für die Leiterumkehr durch eine kurzfristig eingreifende Wickelnadel (keine Figur) oder einen Stempel (Fig.110,105-107) fixiert und von da aus Richtung Umfangsbereich und um diesen herum verlegt bis in den gegenüberliegenden anderen achsnahen Bereich, wo ebenfalls eine derartige kurze Fixierung stattfindet, wobei die erste Fixierung gelöst wird und die Fixiervorrichtung bereit gestellt wird, für die nächste Fixierung des V's der nun folgenden Spule usw.
Dies hat den Vorteil, dass im achsnahen Bereich keine Wickelvorrichtung, wie ein Spiralring oder Wickelpfosten verbleiben und die Spule bis zum Knie des V's gleichmäßig zweischichtig bleibt.

Eine andere Weiterbildung der siebten bis elften Lösung der Aufgabe ist in Patentanspruch 50 angegeben und in Fig.114 bis 116 gezeigt. Hier werden die Spulen in einer Halterung ausgerichtet und dann vergossen, wobei der mittlere magnetische Körper um eine Luftspaltlänge axial verschoben wird und als Vergussgrenze dient, wobei ein Rahmen seitlich die Vergussbereiche abgrenzt. Auf diese Weise werden alle Spulen in einem späteren Luftspaltbereich zusammen vergossen (Fig.114,116) und anschließend die Spulenschenkel im gegenüberliegenden Luftspaltbereich (Fig.115,116).
Dies hat den Vorteil, dass alle Spulen in einem Guss fixiert werden und Luftschlitze im Umfangsbereich der Wicklung bleiben. Auch der achsnahe Bereich der Spulen wird besser gekühlt, wenn er nicht vergossen ist.
In einer Weiterbildung ist der innere magnetische Körper axial in zwei Scheiben geteilt, ähnlich denen in Fig.105,106,107,110, die zum Vergießen auseinander bis stramm an die Spuleninnenwände bewegt und dort während des Vergießens arretiert werden.



2. Figuren

Gleiche Bauteile haben in allen Figuren gleiche Bezugszahlen.

Ausgestaltungen der Erfindung werden nachfolgend anhand einer Zeichnung beschrieben.


Fig.103,104 zeigen ein Herstellungsverfahren einer mehrpoligen zweischichtigen Gleichstromwicklung der Fig.93-96 nach der siebten und neunten Lösung der Aufgabe
Fig.103,Fig.104 zeigen jeweils den Querschnitt durch die Wicklung der Fig.93 während der Wicklung entlang der Linie XXXX-XXXX, ohne den Schnitt der Leiter

Fig.103,104 zeigen ein Herstellungsverfahren einer mehrpoligen zweischichtigen Gleichstromwicklung der Fig.93-96, wobei die Spulen 3 im Umfangsbereich über einen hohlzylindrischen Rahmen 43 gewickelt werden, der durch Abstandshalter 44 in Form von axial eingeschobenen Stiften 44a zum mittleren magnetischen Körper 25 fixiert wird. Eine Variante der Abstandshalter sind radial eingesetzte Abstandshalter 44b, wie Schrauben (Fig.103b-1) oder Arretierstifte (Fig.103b-2). Im achsnahen Bereich ist die Spule über einen vierfach spiralförmigen Ring 42 gewickelt, wie auch in Fig.93,93b,93b-1,95,96.
Während oder nach der Wicklung pressen axial angreifende Stempel 20 oder Spulenbündelpresser 24 (Fig.103) die Wicklung mit der Kraft F1 zu einer Zweischichtwicklung (Fig.104), wobei Unterlegwinkel 47 eingesetzt werden, um den Abstand der Spule 3 zum mittleren Körper 25 einzuhalten. Der spiralförmige Ring 42 bleibt in diesem Fall in der Wicklung. In einer anderen Weiterbildung wird der spiralförmige Ring 42 aus Fig.93b-1 aus der Wicklung entnommen und die Spule ähnlich wie in Fig.105 durch die mit der Kraft F1 axial angreifenden Stempel 20 (24) zu einer durchgängigen Zweischichtspule gepresst.

Fig.103b-2 zeigt einen alternativen Abstandhalter in drei Ansichten

Fig.106,107 zeigen ein Herstellungsverfahren der siebten und zehnten Lösung der Aufgabe in einer Schnittdarstellung, ähnlich dem in Fig.103, einer zweischichtigen Gleichstromwicklung
Fig.106 zeigt den Querschnitt während der Wicklung
Fig.107
zeigt den Querschnitt nach Abschluss der Wicklung

Fig.106a zeigt ein Detail der Fig.106 vergrößert
Fig.106b zeigt ein Detail der Fig.106 vergrößert
Fig.106c zeigt ein alternatives Detail des Details in der Fig.106a
Fig.107a zeigt ein Detail der Fig.107 vergrößert
Fig.107b zeigt ein Detail der Fig.107 vergrößert

Fig.106,107 zeigen ein Herstellungsverfahren in Schnittdarstellungen eines mittleren magnetischen Körpers 25, der als Wickelkörper eingesetzt wird und axial in zwei Scheibenkörper 25a,25b geteilt ist, die für die Bewicklung um die doppelte mechanische Luftspaltlänge 36 axial in Fig.106 auseinander bewegt sind. In diesem Fall im Unterschied zu Fig.105 sind die Scheibenkörper 25a,b in Achsnähe durch eine Passung 56 verbunden und deren Abstand zueinander wird durch Gewindeschrauben (Fig.106b,107b) fixiert in Verbindung mit radial zwischen die Scheiben 25a,b eingreifenden Abstandhaltern 44b. Die Abstandhalter sind in dafür vorgesehene Schlitze Fig.106a in die Scheibenkörper eingelassen und fixieren den Rahmen 43, der ein hohlzylindrischer Körper 58, der im Querschnitt ein Brückenprofil zeigt, wobei die axial außenseitig liegenden Brückenpfeiler auf dem Umfang der Scheibenkörper 25a,b während der Bewicklung aufliegen (Fig.106a). Die Bewicklung funktioniert ähnlich wie zu Fig.105 erläutert. Fig.106c zeigt einen kammförmigen Abstandhalter 44c, der alternativ für den eingesetzten Schieber 44b (Fig.106a) und die Schraubenfixierung aus Fig.106b in den Umfangsbereich radial eingesetzt wird.
Fig.107
zeigt das Herstellungsverfahren aus Fig.106 nach Abschluss der Wicklung, wobei die Abstandshalter 44b in Form von radial eingreifenden Schiebern aus der Wicklung entnommen werden. (Fig.107a). Die beiden Scheibenkörper 25a,25b werden zu dem mittleren magnetischen Körper 25 zusammengeschoben oder -gedreht. In diesem Fall geschieht das durch Anziehen der Schrauben in Fig.107b.

Fig.110 zeigt ein Herstellungsverfahren der neunten und zehnten Lösung der Aufgabe einer Gleichstromwicklung anhand einer Schnittzeichnung durch einen mittleren magnetischen Körper 25, ähnlich dem in Fig.103
Fig.110a zeigt ein Detail der Fig.110 vergrößert

Fig.110 zeigt ein Herstellungsverfahren einer Gleichstromwicklung anhand einer Schnittzeichnung durch einen mittleren magnetischen Körper 25, der axial geteilt ausgeführt ist und die Wicklung über einen Rahmen 43 in Form eines Hohlzylinders 58 erfolgt, sowie über die axial auseinandergeschobenen Scheibenkörper 25a,b. Im Umfangsbereich werden die hohlzylindrischen Rahmen 43 und die Scheiben 25a,b durch axial eingeschobene Abstandshalter 44a in Form von Stiften zueinander fixiert, so wie im achsnahen Bereich durch axial eingeschobene oder schlüsselförmige Abstandshalter 44c der Fig.110b. Alternativ dazu können auch die kammförmigen Abstandshalter von Fig.106c eingesetzt werden. Eine andere Alternative für den Einsatz eines der gezeigten hohlzylindrischen Rahmen, zeigt Fig.111, wobei der dort gezeigte hohlzylindrische Rahmen ein T-Profil hat und aus einem sich verflüchtigenden Material besteht, wie Wachs oder Eis, welches sich durch Erwärmen oder durch eine chemische Reaktion nach der Wicklung aus der Wicklung verflüchtigt, so dass die Scheiben 25a,25b dadurch zum mittleren magnetischen Körper 25 zusammengeschoben werden können und im Umfangsbereich ein Luftspalt zwischen mittlerem magnetischen Körper und Wicklung verbleibt.

Fig.114 bis 116 zeigen ein anderes Herstellungsverfahren der siebten Lösung der Aufgabe der Wicklung der Fig.112
Fig.114 zeigt einen Zentrierkörper 49 in einem Querschnitt während eines ersten Fertigungsschrittes

Fig.115 zeigt einen Zentrierkörper 49 in einem Querschnitt während des zweiten Fertigungsschrittes nach dem von Fig.114

Fig.114 zeigt einen Zentrierkörper 49, in dem die Spulen 3, die den mittleren magnetischen Körper 25 umgeben, zentriert und ausgerichtet werden. Der mittlere magnetische Körper 25 wird durch eine Vorrichtung mit der Kraft F gegen die obere Innenseite der Spule und einen Vergussrahmen 50 gedrückt. Die obere Spulenschicht ist gemäß der Draufsicht in Fig.116 schon vergossen.
Fig.115 zeigt den nächsten Fertigungsschritt nach dem von Fig.114, wobei die andere Seite der Spulen miteinander vergossen werden. Der Vorgang ist der gleiche wie in Fig.114, so wie auch die Draufsicht in Fig.116.

Fig.116 die Draufsicht auf die vergossenen Spulen der Fig.114 oder Fig.115

Fig.116 zeigt die Draufsicht auf die vergossenen Spulen der Fig.114, wobei die Vergussmasse 48 durch einen Rahmen 50 begrenzt wird.


Erfinder/ Autor:

Dipl.-Ing. Jörg Bobzin ist Forscher und Entwickler von hocheffizienten elektrischen Maschinen und ganzheitlicher Wissenschaft und Technik